新型交直交電壓源變換器的調(diào)制技術(shù)及相關(guān)問題的研究.pdf

1、交流/直流/交流(AC/DC/AC)電壓源變換器已在民用、工業(yè)、軍事等領(lǐng)域被廣泛使用，引起了國內(nèi)外專家、學(xué)者的廣泛關(guān)注。隨著社會(huì)對(duì)電能需求以及電力用戶對(duì)高質(zhì)量、高可靠性電源系統(tǒng)需求的日益增長，對(duì)交直交電壓源變換器的輸入輸出性能等方面提出了更高的要求。由此，交直交電壓源變換器直流側(cè)大容量電解電容所帶來的負(fù)面效應(yīng)受到了高度重視。大容量電解電容的使用導(dǎo)致變換器占用空間大、成本高，給電網(wǎng)帶來了嚴(yán)重諧波污染和相關(guān)電能質(zhì)量問題，且在多數(shù)情況下，電容

2、的使用壽命是限制變換器使用壽命的主要因素。因此，采用新穎的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與合理有效的調(diào)制技術(shù)來提高交直交電壓源變換器的輸入輸出性能也就成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重要問題。本文正是針對(duì)不同負(fù)載情況下新型交直交電壓源變換器的調(diào)制技術(shù)以及過電壓保護(hù)方法等方面進(jìn)行了一系列研究。
　　文中提出了新型交直交電壓源變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了其數(shù)學(xué)模型，同時(shí)分析了直流側(cè)電壓的波動(dòng)情況以及網(wǎng)側(cè)電流諧波情況。數(shù)學(xué)模型的建立為諧波分析、直流側(cè)過電壓抑制、調(diào)制技術(shù)研究

3、奠定了理論基礎(chǔ)。由分析可知：直流側(cè)電壓的波動(dòng)是由整流橋和逆變橋共同作用引起的；網(wǎng)側(cè)電流的總諧波畸變率隨著直流側(cè)電容的容量增大而增大。
　　輸出高質(zhì)量的電壓是新型交直交電壓源變換器的重要功能之一。但是，采用新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后三相不可控整流橋會(huì)輸出波動(dòng)的直流電壓，而在直流側(cè)電壓波動(dòng)情況下，仍采用傳統(tǒng)的SPWM調(diào)制技術(shù)就會(huì)使其輸出電壓中含有大量的低次諧波，對(duì)負(fù)載產(chǎn)生不利影響。針對(duì)該問題，文中提出一種改進(jìn)的重構(gòu)調(diào)制波正弦脈寬調(diào)制（ARMW-S

4、PWM）技術(shù)，該調(diào)制技術(shù)的使用可以更好地消除阻感負(fù)載情況下直流側(cè)電壓的波動(dòng)對(duì)新型交直交電壓源變換器輸出電壓中產(chǎn)生低次諧波的影響，同時(shí)可以顯著地減小直流側(cè)電容的容量，從而簡(jiǎn)化了變換器主電路。文中通過仿真驗(yàn)證了其理論分析的正確性。
　　在標(biāo)量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，變換器輸出準(zhǔn)確的電壓矢量是非常重要的。電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況下，仍采用傳統(tǒng)的SVPWM技術(shù)調(diào)制新型交直交電壓源變換器，就會(huì)使其輸出電壓矢量與參考電壓矢量產(chǎn)生誤差，這樣對(duì)電動(dòng)機(jī)就不能正

5、確控制。因此本文提出了磁鏈差分空間矢量脈寬調(diào)制（FLDSVPWM）技術(shù)，該調(diào)制技術(shù)能夠使新型交直交電壓源變換器輸出正確的電壓矢量。另外，由于直流側(cè)電壓的波動(dòng)，使新型交直交電壓源變換器的線性調(diào)制區(qū)域結(jié)束的比較早。由此，本文提出了幅值恒定過調(diào)制（ACOM）技術(shù)，從而使新型交直交電壓源變換器可以獲得較高輸出調(diào)制比。
　　新型交直交電壓源變換器的過電壓與諧振的抑制對(duì)于提高其可靠性、網(wǎng)側(cè)性能至關(guān)重要。在輕載或電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)的時(shí)候，功率流從電

6、機(jī)回饋到直流側(cè)，可導(dǎo)致新型交直交電壓源變換器直流側(cè)過電壓。由于傳統(tǒng)的過電壓保護(hù)方法是基于理想的直流側(cè)電壓進(jìn)行過電壓保護(hù)的，但是在新型交直交電壓源變換器中，直流側(cè)電壓是波動(dòng)的，所以傳統(tǒng)的過電壓保護(hù)方法不再適用。針對(duì)該問題本文提出了功率因數(shù)動(dòng)態(tài)跟蹤控制（PFDTC）直流側(cè)過電壓保護(hù)新方法，該方法能夠提前判斷電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)狀態(tài)，從而有效地抑制能量回饋避免過電壓的產(chǎn)生。另外，由于直流側(cè)電容容量以及網(wǎng)側(cè)濾波器阻抗值的減小，使直流側(cè)電容與網(wǎng)側(cè)電抗

7、的諧振頻率增高與開關(guān)頻率接近甚至超過開關(guān)頻率，所以容易產(chǎn)生諧振，對(duì)網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生不利影響。針對(duì)此問題本文通過仿真和實(shí)驗(yàn)確定了避免諧振的條件，從而抑制諧振的發(fā)生。
　　新型交直交電壓源變換器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。本文詳細(xì)論述了新型交直交電壓源變換器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案。針對(duì)控制任務(wù)的特點(diǎn)，采用了高性能DSP主控系統(tǒng)和單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)合架構(gòu)，達(dá)到了高速實(shí)時(shí)控制與友好人機(jī)界面的統(tǒng)一。最后從實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果表明：理論分析正確、實(shí)驗(yàn)方案可行，為進(jìn)一步研究奠